Polioksymetylen (POM), jako tworzywo konstrukcyjne o doskonałych, wszechstronnych właściwościach, jest szeroko stosowany w produkcji części precyzyjnych ze względu na jego wysoką wytrzymałość mechaniczną, dobrą stabilność wymiarową i odporność na zmęczenie. Niezależnie od tego, czy chodzi o arkusz POM, czy pręt POM, operatorzy często napotykają trudny problem techniczny podczas operacji obróbki, takich jak toczenie, frezowanie i wiercenie – hartowanie przez zgniot. Zjawisko to nie tylko prowadzi do nienormalnie wysokiej twardości na obrobionej powierzchni arkusza POM (arkusz polioksymetylenowy) lub pręta POM (pręt polieteroeteroketonowy), ale także powoduje przyspieszone zużycie narzędzi, odpryskiwanie przedmiotu obrabianego, a nawet odchylenia wymiarowe, poważnie wpływające na wydajność produktu końcowego. Zrozumienie przyczyn utwardzania przez zgniot arkuszy poliacetalowych i prętów poliacetalowych oraz opanowanie skutecznych strategii tłumienia są kluczowymi warunkami wstępnymi zapewnienia wydajnej i wysokiej jakości obróbki tego materiału.
POM (polioksymetylen) to tworzywo konstrukcyjne o doskonałych właściwościach mechanicznych, ale w rzeczywistości jest podatne na „utwardzanie” podczas przetwarzania. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie przyczyn i rozwiązań.
Ⅰ . Co to jest POM „utwardzanie przez pracę”?
W procesach obróbki skrawaniem (takich jak toczenie, frezowanie, wiercenie i gwintowanie) pod wpływem siły skrawania, ściskania i ciepła tarcia narzędzia tnącego, łańcuchy molekularne w zlokalizowanych obszarach materiału POM wyrównują się i stają się ciaśniej upakowane, nawet ulegają miejscowym zmianom w krystaliczności. Prowadzi to do zwiększenia twardości i kruchości w tych obszarach, przy jednoczesnym zmniejszeniu wytrzymałości.
Zjawisko to jest podobne do umocnienia przez zgniot w metalach, powodując trudności w późniejszej obróbce skrawaniem, takie jak:
Zwiększone zużycie narzędzia: Hartowany obszar jest „twardszy” i ściera się wzdłuż krawędzi narzędzia.
Obniżona jakość powierzchni: Podczas obróbki mogą wystąpić odpryski, mikropęknięcia lub chropowatość powierzchni.
Brak dokładności wymiarowej: Nierównomierne uwalnianie naprężeń w materiale prowadzi do deformacji.
Ryzyko złamania narzędzia: Szczególnie podczas gwintowania lub obróbki głębokich otworów słabe odprowadzanie wiórów pogarsza zjawisko hartowania.
Ⅱ . Jak zachodzi utwardzanie przez zgniot?
Głównym powodem utwardzania POM przez zgniot jest efekt sprzężenia „ciepła” i „siły”, który można podsumować w następujący sposób:
Akumulacja ciepła przez tarcie:
POM ma słabą przewodność cieplną. Ciepło tarcia powstające podczas skrawania nie może szybko się rozproszyć i gromadzi się w miejscu styku narzędzia z materiałem.
Ten miejscowy wzrost temperatury powoduje mięknięcie POM. Jednakże pod ciągłym naciskiem narzędzia i chłodzeniem (naturalnym lub powietrzem) zmiękczony materiał szybko „hartuje”, rekrystalizując i tworząc twardszą, bardziej kruchą mikrostrukturę. To jest główny powód.
Kompresja i szlifowanie narzędzia:
Jeśli narzędzie nie jest wystarczająco ostre lub posuw jest zbyt duży, działanie narzędzia na materiał w postaci „ściskania” i „orania” będzie większe niż działanie „skrawania”.
To intensywne odkształcenie plastyczne zmusza łańcuchy molekularne POM do silnej orientacji w kierunku naprężeń, co skutkuje bardziej regularnym ułożeniem i znacznie zwiększa twardość i wytrzymałość tego obszaru.
Słabe usuwanie wiórów:
Podczas wiercenia lub gwintowania, jeśli nie można skutecznie usunąć wiórów, gromadzą się one wewnątrz otworu, stale ocierając się o ściankę otworu i narzędzie skrawające, wytwarzając dużą ilość ciepła i w sposób ciągły ocierając się o obrabianą powierzchnię, co prowadzi do silnego utwardzenia ścianki otworu.
Właściwości materiału:
POM to wysoce krystaliczne tworzywo sztuczne o wysokiej twardości i pewnym stopniu wytrzymałości. Jego struktura molekularna sprawia, że jest podatny na utwardzanie orientacyjne pod wpływem naprężeń ścinających i rozciągających.
Ⅲ. Jak rozwiązać problem utwardzania POM?
Główne rozwiązania skupiają się wokół „ograniczenia wytwarzania ciepła”, „terminowego odprowadzania ciepła”, „utrzymania ostrości narzędzia” oraz „optymalizacji parametrów obróbki”.
1. Wybór i konserwacja narzędzia (najważniejsze)
Ostrość: Należy używać nowych, wyjątkowo ostrych narzędzi. POM jest bardzo wrażliwy na zużycie narzędzia; nawet lekkie stępienie narzędzia powoduje natychmiastowe utwardzenie w wyniku wytłaczania.
Materiał: Zalecane są narzędzia z węglika wolframu. Można również stosować narzędzia ze stali szybkotnącej (HSS), ale ich ostrość jest krótsza.
Kąty geometryczne: Wybierz narzędzia o dużym kącie natarcia i drobno szlifowanych krawędziach tnących, aby zapewnić gładkie cięcie i zmniejszyć wytłaczanie.
Powłoki: Niektóre powłoki (takie jak powłoki diamentowe) mogą znacznie zmniejszyć współczynnik tarcia i zmniejszyć wytwarzanie ciepła.
2. Optymalizacja parametrów obróbki
Wysoka prędkość wirowania, mały rozmiar narzędzia, szybki posuw:
Wysoka prędkość wirowania: Zwiększenie prędkości skrawania pozwala na odprowadzanie większej ilości ciepła skrawania przez wióry, zamiast przenoszenia go na przedmiot obrabiany.
Mała głębokość skrawania: Zmniejsza opory skrawania i minimalizuje odkształcenia plastyczne.
Szybki posuw: zapobiega zbyt długiemu tarciu narzędzia w tym samym miejscu. Jednakże podawanie nie powinno być zbyt wolne, w przeciwnym razie zamiast „tnąc”, zamiast „tnąc”, będzie wytwarzać ciepło.
Unikaj przerw: Podczas obróbki, zwłaszcza wiercenia i frezowania, najlepiej nie powinno się zatrzymywać narzędzia w materiale, w przeciwnym razie ciepło będzie się szybko gromadzić, powodując w tym miejscu hartowanie.
3. Chłodzenie i usuwanie wiórów
Chłodzenie powietrzem (zalecane): Do chłodzenia należy używać sprężonego powietrza. Usuwa to ciepło i pomaga usunąć wióry, zapobiegając tarciu wtórnemu. Nigdy nie używaj płynów obróbczych na bazie oleju, ponieważ większość POM nie jest odporna na oleje mineralne i może powodować pęcznienie materiału lub pogorszenie wydajności. Jeżeli konieczne jest użycie płynów, można użyć wody lub alkoholu, należy jednak pamiętać o dokładnym wysuszeniu po obróbce.
Wymuszone usuwanie wiórów: W przypadku obróbki głębokich otworów i gwintowania należy zaprojektować ścieżki obróbki umożliwiające okresowe wycofywanie się narzędzia w celu usunięcia wiórów (tzw. „dziobanie” lub „łamanie wiórów”).
4. Inne techniki
Obróbka krok po kroku: W przypadku części wymagających dużej precyzji można najpierw wykonać obróbkę zgrubną (naddatek), aby uwolnić pewne naprężenia w materiale, a następnie wykończyć po schłodzeniu.
Wybór materiału: Niektóre zmodyfikowane POM (takie jak POM zawierające olej lub POM smarowane wewnętrznie) mogą wykazywać niewielką poprawę obrabialności, ale podstawowa zasada pozostaje taka sama.
Istotą utwardzania POM jest „rekrystalizacja termiczna” i „orientacja naprężeniowa”. Klucz do rozwiązania tego problemu leży w:
Ostrość narzędzia tnącego: Warunkiem koniecznym jest wyjątkowo ostre narzędzie tnące z węglików spiekanych.
Szybkość działania: zastosuj strategię dużej prędkości i dużego posuwu, aby skrócić czas kontaktu.
Częste chłodzenie powietrzem: Dobre chłodzenie powietrzem i usuwanie wiórów są niezbędne, aby zapobiec gromadzeniu się ciepła.
AHD ma 31 lat doświadczenia w produkcji arkuszy i prętów POM. Oferujemy nie tylko standardową czerń i biel, ale także szeroką gamę kolorów, takich jak czerwony, żółty, niebieski, zielony, fioletowy, szary, brązowy, pomarańczowy, różowy i kawowy. Grubość blachy wynosi od 1 do 250 mm, a średnica pręta od 8 do 500 mm. Dostarczamy również różne materiały, w tym antystatyczny POM i przewodzący POM. Skontaktuj się z nami już teraz i pozwól nam otworzyć dla Ciebie nowe rynki!
